二维单层材料的生长机制、缺陷效应以及能隙调控

赵纪军 教授

大连理工大学三束材料改性教育部重点实验室

赵明文 教授

2014-11-14 10:30

知新楼C座7楼量子报告厅

石墨烯展现出优异的物理性质，是多科学共同关注的明星材料。对石墨烯的深入研究又推动了其他二维单层材料的发展。在当前二维材料的研究中，存在如下具有共性的关键科学问题：（1）原子是如何经由团簇的中间阶段聚集生长为二维单层？（2）结构缺陷特别是晶界的存在对二维材料物理性质的影响如何？（3）怎样有效调控二维材料的能隙从而扩展其应用领域？近年来本课题组综合运用第一性原理、分子动力学、非平衡格林函数等理论手段，针对石墨烯、硅烯、硼单层等二维单层材料开展了计算研究。主要包括：研究了过渡金属表面碳、硅团簇结构随尺寸的演化，揭示了石墨烯、硅烯的初期成核生长机理[1,2]；从理论预言了Cu(111)表面上能够生长硼单层材料[3]；揭示了点缺陷对硅烯电子结构的影响[4]；建立了系统的石墨烯晶界结构模型[5]，预言了石墨烯晶界对力学和电学特性的影响[6]；考察了硅烯在不同惰性衬底表面的电子结构[7]；提出通过石墨烯部分氢化实现能隙调控的思路[8]；提出了碱金属掺杂打开双层硅烯能隙的思路[9]；建立了氧化石墨烯的有序和无序结构模型[10]，研究了氧化石墨烯的能隙调控机制并给出相应的光解水催化剂应用[11]，进而从理论上预言了一类作为光解水催化剂的二维有机材料；由石墨烯纳米条带出发，设计了具有优良力学性能和理想能隙的三维石墨烯聚合体[12]。

参考文献：

[1]J. F. Gao, et al., J. Am. Chem. Soc. 133, 5009 (2011); J. Phys. Chem. C 115, 17695 (2011); J. Am. Chem. Soc. 134, 6204 (2012); Q. Yuan, et al., J. Am. Chem. Soc. 134, 2970 (2012).

[2]J. F. Gao, J. J. Zhao, Sci. Rep. 2, 861 (2012).

[3]H. S. Liu, et al., Sci. Rep. 3, 3238 (2013).

[4]J. Gao, et al., Nanoscale 5, 9785 (2013).

[5]J.F. Zhang, J. J. Zhao, Carbon 55, 151 (2013).

[6]J.F. Zhang, et al., ACS Nano 6, 2704 (2012); J. Appl. Phys. 112, 053713 (2012).

[7]H. S. Liu, et al., J. Phys. Chem. C 117, 10353 (2013).

[8]H. L. Gao, et al., J. Phys. Chem. C 115, 3236 (2011).

[9]H. S. Liu, et al., J. Phys.: Condens. Matter 26, 475303 (2014).

[10]L. Wang, et al., Phys. Rev. B 82, 161406R (2010); L. Z. Liu, et al., Carbon 50, 1690 (2012).

[11]X. Jiang, et al., J. Catal. 299, 204 (2013).

[12]X. Jiang, et al., Adv. Funct. Mater. 23, 5846 (2013).

赵纪军，江苏泗洪人，1973年生，1992年南京大学强化部本科毕业，1996年南京大学物理系获凝聚态物理学博士学位，导师王广厚院士。1997至2005年期间，先后在意大利国际理论物理中心、美国北卡大学、美国华盛顿州立大学担任博士后、研究助理教授、研究员。2006年起任大连理工大学教授、高科技研究院副院长；2014年起任三束材料改性教育部重点实验室主任。兼任中国计算物理学会理事、中国物理学会高压物理专业委员会委员，国际期刊《Journal of Cluster Science》、《Journal of Computational and Theoretical Nanoscience》编委。

主要研究领域为团簇与低维物理、计算材料学。至今已在SCI刊物上发表论文300余篇，被同行引用近6000次，H因子为44。2006年入选教育部新世纪优秀人才，2010年作为第三完成人获国家自然科学二等奖。